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Fluência
Fluência é a deformação permanente que ocorre em um material em função do tempo, quando o mesmo está sujeito a cargas (ou tensões) constantes em temperaturas elevadas (T > 0,4TM ).
# carga (ou tensão) constante# temperatura constante# deformação plotada em função do tempo (geralmente 1000h=42 dias ou vida útil esperada do material)
Estágios da fluência
1. Deformação instantânea, principalmente elástica2. Fluência primária: ocorre alongamento, mas a
velocidade de fluência decresce com o tempo – endurecimento por deformação
3. Fluência secundária: taxa de deformação é constante – endurecimento + recuperação
4. Fluência terciária: grande taxa de deformação até a fratura devido formação de trincas, separação de contorno de grão, pescoço, etc. Geralmente o teste de fluência é interrompido antes de chegar no estágio III.
Estágios da fluência
1. Deformação instantânea, principalmente elástica2. Fluência primária: ocorre alongamento, mas a
velocidade de fluência decresce com o tempo – endurecimento por deformação
3. Fluência secundária: taxa de deformação é constante – endurecimento + recuperação
4. Fluência terciária: grande taxa de deformação até a fratura devido formação de trincas, separação de contorno de grão, pescoço, etc. Geralmente o teste de fluência é interrompido antes de chegar no estágio III.
Parâmetros da fluência
O estágio secundário da fluência é o mais longo e importante. A taxa de fluência no estado estacionário para aplicações em vida longa é:
A inclinação da curva = velocidade de fluênciaOutro parâmetro importante na situação de
fluência em vida curta é o tempo de ruptura tf.
Efeitos da tensão e temperatura
Com o aumento da tensão ou temperatura:
• A deformação instantânea aumenta
• A taxa de fluência no estado estacionário aumenta
• O tempo de ruptura decresce
Efeitos da tensão e temperatura
Efeitos da tensão e temperatura
Efeitos da tensão e temperatura
Ni5.5Al8.5Cr0.7Mo3Ta1Ti10W (wt.%)1000 ºC sob ar
ε/t
logε/t
Efeitos da tensão e temperatura
A dependência da tensão/temperatura na taxa de fluência no estado estacionário´pode ser descrito por:
& . .expε σSn cK Q
RT= −⎛⎝⎜
⎞⎠⎟2
K2 constanten inclinação da curvaQc energia de ativação para fluênciaR constante universal dos gasesT temperatura absoluta
Critérios para tempo de vida em fluência
* para temperaturas e/ou tensões elevadas:tr => tempo de ruptura por fluência.
* para componentes com vida mais longa:=> taxa de fluência no estágio estacionário.&ε S
Ni-C
Ni-C
Mecanismos de fluência
Diferentes mecanismos são responsáveis pela fluência em diferentes materiais e sob diferentes cargas e condições de temperaturas:
• Movimento das discordâncias• Escalagem das discordâncias• Deslizamento no contorno de grão• Formação de subgrãos devido a ascensão de discordâncias• Difusão por contorno de grão• Difusão de lacunas
Difusão Deslizamento e escalagem de discordâncias
Exemplo: Os aços austeníticos possuem maior energia de difusão de lacunas que os aços ferriticos, sendo portanto um dos fatores que os torna mais resistentes a fluência que os aços ferriticos.
Um refino de grão pode ser prejudicial a resistência a fluência, o inverso observado para a resistência a temperatura ambiente.
Mecanismos de fluência
σ 0 20≅
GTensão de cisalhamento teórica
Mecanismos de fluência
Mecanismo de deslizamento de discordâncias
& & exp .ε ε σS
SkT
ba= −−⎛
⎝⎜⎞⎠⎟0
S=Gb/l tensão de escoamento no zero absolutok constante de BoltzmanT temperatura absolutaa área de ativaçãob vetor de Burger
Mecanismos envolvendo difusão
Mecanismo por escalagem de discordâncias
&ε σS V
n
KD GbkT G
= ⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
Mecanismo de transporte de matéria por difusão
& ,ε δ σS C C
BK Dd kT
=Ω
3& ,ε σ
S NH NHVK D
d kT=
Ω2
Coble Nabarro-Herring
Kíndice constantesDV coeficiente de difusão no volume dos grãosDB coeficiente de difusão nos contornos de grãoG módulo de cisalhamento
δ
espessura do contorno de grãoΩ
volume atômicod tamanho de grãok constante de BoltzmanT temperatura absoluta
b vetor de Burger
Extrapolação de dados
* Parâmetro de Larson-Miller (LMP)
LM P T C tr= +( log ) e LM P K K= +1 2log σ
C, K1 , K2 constantes (C ~ 20)T temperatura absolutatr tempo de ruptura por fluênciaσ
tensão aplicada
LM P T C tr= +( log )
LM P K K= +1 2log σ
Extrapolação de dados
Aplicações de ligas em altas temperaturas(Turbina-jatos, aviões hipersônicos, reatores
nucleares, etc)
A fluência é geralmente minimizada em materiais com:• Alto ponto de fusão• Alto módulo elástico• Grande tamanho de grãos (inibe o deslizamento pelos contornos de grãos - solidificação unidirecional, pecas monocristalinas)
Os materiais resistentes a fluência são:• Aços inoxidáveis• Metais refratários (contendo elementos de alto ponto de fusão como Nb, Mo, W, Ta)• Superligas (a base de Co, Ni – geram endurecimento por solução sólida e fase secundária, que diminui difusividade e mobilidade das discordâncias)
Técnicas de ensaio de fluência
Temperatura de ensaio:
Corpo de prova:
seção circular ou retangular (semelhante ao CP´s do ensaio de tração)
Aquecimento do corpo de prova:
Uniforme até atingir a temperatura de ensaio. Pode ser feito por resistência elétrica, radiação ou indução.
Extensômetros:
Apenas os braços de fixação devem ficar dentro da região aquecida.
Técnicas de ensaio de fluência